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三、方案设计

3.1 系统功能实现总体结构及原理

通过单片机作为处理器，借助湿度探头、温控系统、杀菌除臭系统和保护系统实现多功能智能家居干燥系统的数字定时、智能断电、智能杀菌除臭、节能开关、可调温度、过流过热保护、远程GRPS通信及检测等功能。多功能智能家居干燥系统的总体结构如图3所示，其总体工作原理图如图4所示。

图3 多功能智能干鞋器总体结构图

图4 总体工作原理图

3.2 硬件平台选用及资源配置

3.2.1湿度检测模块设计

湿度检测是MCU获取外界环境参数的重要一环，拟采用HS1101湿度传感器，实时监测空气相对湿度。

HS1101湿度传感器核心器件是基于独特工艺设计的电容元件，它的工作温度范围是-40℃~100℃，完全符合家居条件下的测量，另外它具有以下特点：（1）全互换性 在标准环境下不需校正； （2）长时间饱和下快速脱湿 ；（3）高可靠性与长时间稳定性 ；（4）专利的固态聚合物结构 ；（5）快速反应。

其原理是空气湿度改变，会引起电容电解质的变化，进而使电容值改变，MCU通过测量电容充放电时间确定实时相对湿度R，并与整定值R₀比较，如果R> R₀ ，则MCU发出停止加热信号A。

3.2．2温度检测模块设计

温度也是外界环境一重要参数，拟采用数字式DS18B20温度传感器测量温度。DS18B20温度传感器采用单总线通信方式，测温范围 －55℃～＋125℃，固有测温分辨率0.5℃，支持多点组网功能，最多8个DS18B20可以并联在唯一的主线上，实现多点测温，因此基于DS18B20的温度测量具有电路简单，可靠性强的特点。

MCU对采集的温度数据滤波后，得出实时温度值T，与设定值T₀比较，如果T>T₀ ，MCU则发出停止加热信号B，否则根据|T-T₀|的大小自动选择功率档位，以此维持环境温度的稳定。

根据我们对家居环境的温湿度采样及调查，温度的变化波动不大，湿度则时而潮湿，时而干燥，因此这里我们设定湿度优先级高于温度，即只要发出停止加热信号A，即切断加热电路而不管是否发出停止加热信号B；而发出停止加热信号B，需检测停止加热信号A。

3．2.3加热模块设计

拟采用陶瓷加热器，工业级AVR单片机的I/O，具有大电流10～40 mA,可直接驱动可控硅SCR或继电器，利用这一特点，可以实现MCU控制加热电路的通断，简化了外围驱动，增强了电路的可靠性。

3.2.4紫外线杀菌消毒模块设计

紫外线杀菌灯，由于紫外线会杀死细胞，因此消毒时要注意不能直接照射到人的皮肤，为此在消毒阶段MCU实时检测是否有人体靠近，并带有报警系统。

3.2.5 GRPS无线通信模块设计

由于网络化的迅速发展，系统互联通信已经成为趋势，因此采用GPRS无线通信模块实现用户的实时控制。

3.2.6人机交互设计

用户可以定时，也可以设定温度值，还可以读取当前温湿度，系统可以识别用户设定的不合理之处，并且加以提醒，而这些用到键盘，LCD，以及蜂鸣器，操作十分简便。

3.2.7 故障检测模块设计

系统主要故障有（1）：漏电；（2）加热器损坏。因此加入漏电检测和加热器损坏检测。

漏电检测可以采用仪用互感器采集漏电电流，通过MCU集成的模拟比较器与整定值比较；也可以对电流采样，若电流出现大的波动则认为漏电。而这些过程的实现都可以在MCU集成的外围模块中找到，很容易实现，节省电路成本。

加热器损坏可以通过软件判断，若温度变化率低于整定值，则认为加热器件损坏。

关键词： 智能家居 干燥系统 湿度检测 MCU HS1101